QUICK—采摘機器人設計研究

摘 要：隨著新農村土地承包計劃的實施，農業生產中越來越需要先進的生產技術和農業機械裝備。新的農業生產模式和新技術的應用促進了農業機械的不斷更新和快速發展，研究和應用新型農業機械的技術條件日趨成熟。本文主要研究果園內采摘過程中存在的安全以及效率的問題，并提出合理的解決方案。

關鍵詞：采摘機器人；農業機械；設計

我國是個農業大國，對農業機械裝備的需求量比較大。隨著新農村土地流轉計劃的實施，在農業生產種植過程中，對農業機械裝備的要求越來越高，更多的希望依靠機器來完成勞動，從而解放人力勞動。機器人則成為很好的設計對象，通過研究機器人來解決現有農業生產過程中存在的對環境健康以及人的安全威脅等問題，引用新技術實現機器人智能化，通過編制相應程序使得機器人來完成工作，代替人類的勞動力，進而實現解放勞動力。

1 采摘機器人市場背景研究

機器人研究最早開始于工業，在農業機器人研究方面，國外開始研究較早，發展迅速，已研制出多種農業生產機器人。我國農業機器人研究起步較晚，研究過程中存在著許多問題，與發達國家相比，存在一定的差距，但是也取得了一定的進步。

20世紀90年代，美國研制成功第一臺番茄采摘機器人，到后來用于采摘蘋果、葡萄、柑橘的智能機器人，再到最近英國劍橋大學研制出的水果采摘機器人，各國人士都在為之堅持不懈的進行努力，采摘機器人在理論研究方面已經取得很大的進步，采摘機器人作為農業機器人研究的其中一個重要研究內容，其重要性不可以忽視。

水果采摘是生產過程中最為耗時耗力的環節，解決水果采摘的問題就頗為重要。就目前的采摘機器人的設計而言，缺少靈活性和現代感，大多數是比較笨重、原始化的外觀造型，缺少時尚高效的造型語義。

2 采摘機器人現有產品研究

通過查閱相關資料，總結現有采摘機器人具有以下特點：

作業對象嬌嫩、易脆，形狀復雜且個體之間的差異性大；

采摘對象大多數被樹葉、樹枝等掩蓋，增大了機器人視覺定位難度，降低采摘成功率，同時對機械手的避障提出了更高的要求；

采摘機器人工作在非結構化的環境下，環境條件隨著季節、天氣的變化而發生變化，環境信息完全是未知的，開放的，對機器人的智能控制水平要求高；

采摘對象是有生命的、易脆的生物體，要求在采摘過程中對果實無任何損傷，這就要求機器人的末端執行器具有柔順性、靈巧性；

采摘機器人的價格高。高智能導致高成本，并且采摘機器人的使用具有短時間、周期性，利用率不高，對于農業生產來講，高價格是農民或農業經營者無法接受的，這也是限制采摘機器人推廣使用的重要因素。

現代采摘機器人多為自主型智能采摘機器人，主要分為機械手，行走結構、自主導航、末端執行器和目標探測與定位。

3 用戶調研

本次研究以河南省某一梨園為調研地，重點解決摘梨過程中存在的勞動者安全以及效率問題。通過觀察法和訪談法獲得用戶需求，并運用五分法對用戶需求進行重要度分析。

果農對于采摘機器人的要求為以下幾點：1、適用于高空采摘；2、能夠暫時儲存和短途運輸。

4 采摘機器人設計

采摘機器人主要服務人群為果農，從事果樹種植，經濟收入并不是很高，大部分收入都是來自種植所得。每天都會到果園里進行作業，幫助減輕勞累是十分有必要的。設計的采摘機器人要能夠滿足果農的使用需求，在外形、結構方面要適用于果園內環境的使用。

（1）使用場所定位。果農的作業范圍一般都是在果園內，采摘機器人工作環境經常為穿梭在每棵果樹之間。設計的這款采摘機器人，使之與果園內部環境融合，不要太沖突搶眼。

（2）使用方式定位。這款采摘機器人的使用為智能操作使用，設置簡單的操作步驟。機械臂運用章魚腿的意向，設計靈活多動的造型；末端執行器內置定位檢測系統，直接可以近距離監測，防止遺漏掉水果，設置傳送帶機構，將采摘后的水果傳送至機器人內部專門所設的暫時儲存的空間，在由其傳送至后置的小車。

（3）數字模型展示

本次設計基于采摘過程中存在的安全以及效率問題而設計的，讓機器人代替人力勞作，希望解決勞動過程中解放人力的問題，提高農業機械的精準作業能力，提高農業生產的效率。

參考文獻

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作者簡介

曹閃閃（1994—），女，漢族，廣東省廣州市，研究生在讀，設計學學碩士，廣東工業大學藝術與設計學院，研究方向：設計研究。